Radioatividade e exames por imagem

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Profª Drª Thaís Dalzochio
PROFª DRª THAÍS DALZOCHIO
ESTRUTURA DA MATÉRIA - ÁTOMO
 Átomo → 30 partículas diferentes
 Principais: elétrons (leves), prótons e nêutrons (pesadas)
 Prótons e nêutrons formados por subpartículas denominadas quarks.
ESTRUTURA DA MATÉRIA - NÚCLEO
 Núcleons: prótons (+) e nêutrons (sem carga)
 Denso, carregado positivamente devido aos prótons que faz com que exista um arranjo característico da
eletrosfera → movimento dos elétrons em torno do núcleo, atraídos pela força eletrostática gerada.
 Z = número atômico (número de prótons)
 n = número de nêutrons
 A = número de massa (soma de prótons e nêutrons)
ESTRUTURA DA MATÉRIA - NÚCLEO
 O núcleo apresenta organização interna 
estável.
 Interações entre prótons e nêutrons
Repulsão elétrica (entre prótons) e forças nucleares 
de atração (entre prótons, entre prótons e nêutrons e 
entre nêutrons).
→ Discrepância entre a massa total do núcleo
atômico e a soma das massas dos seus
constituintes
A massa total do núcleo é menor que a soma
das massas dos prótons e dos nêutrons.
Conversão de parte da massa dessas
partículas em energia = energia de ligação
Núcleos estáveis X núcleos excitáveis
ESTRUTURA DA MATÉRIA - ELETROSFERA
 Região periférica ao núcleo que apresenta sete diferentes níveis energéticos.
 K, L, M, N, O, P e Q
 Elétrons se movimentam constantemente ao redor do núcleo.
ISÓTOPOS, ISÓBAROS E ISÓTONOS
 Isótopos
 Átomos com mesmo número atômico,mas diferente número de massa (a diferença está no número de nêutrons)
 Átomos diferentes de um mesmo elemento (propriedades químicas idênticas)
 Isótopos do hidrogênio: 1H
1 (hidrogênio), 1H
2 (deutério) e 1H
3 (trítio)
 Isótopos do oxigênio: 8O
16, 8O
17 e 8O
18
 Isóbaros
 Elementos com mesmo número de massa (A), mas diferente número atômico (Z). Propriedades químicas diferentes
 19K
40 isóbaro de 20C
40 A = 40
 20C
42 isóbaro de 22Ti
42 A = 42
 Isótonos
 Átomos com mesmo número de nêutrons, mas com número atômico e número de massa diferentes. Propriedades químicas
diferentes
 17Cl
37 isótono de 20C
40 n = 20 nêutrons
 5B
11 isótono de 6C
12 n = 6 nêutrons
FENÔMENOS RADIOATIVOS
HISTÓRIA DA RADIOATIVIDADE
 Henri Becquerel (1896)
 Observou que sais de Urânio eram capazes de emitir algo que causava impressões em
chapas fotográficas
 Pierre e Marie Curie (1898)
 Pesquisaram os elementos Rádio,Tório e Polônio
 Fenômeno radioatividade
 Rutherford e Soddy (1902)
 Instabilidade dos elementos, que se transformavam em outros, emitindo radiações.
ORIGEM DAS RADIAÇÕES
 Estabilidade nuclear: predominância da energia de ligação em todas as suas disposições.
 Átomos leves: estabilidade se mantém
 Átomos pesados/ muito pesados: quantidade relativa de nêutrons será maior, fazendo que exista uma
tendência de instabilidade, o que favorece a ocorrência de eventos como o decaimento radioativo.
Excesso de energia → desestabilidade do sistema → radiação eletromagnética 
ou corpuscular
Ca:
Z = 20, n=20
Pb:
Z = 85, n =125
Parte dos nêutrons é transformada em
energia de ligação para se manter a
integridade do núcleo.
PARTÍCULAS RADIOATIVAS –ALFA (Α)
 Radiação corpuscular provinda de átomos instáveis.
 É composta por dois prótons e dois nêutrons → equivalente ao núcleo do elemento Hélio.
 A partícula é emitida a uma velocidade equivalente a 1/30 da velocidade da luz (300.000 km/s) e vai
diminuindo no decorrer da trajetória.
• Possui grande capacidade de ionização, mas essa partícula não é
muito utilizada na Medicina.
• Pouco lesiva → baixo poder de penetração nos tecidos dos seres
vivos.
Decaimento espontâneo do Plutônio → Núcleo instável →
partícula alfa e raios gama são liberados 
PARTÍCULAS RADIOATIVAS – BETA (Β)
 É um elétron que se origina no núcleo de determinados átomos.
Átomos com maior 
nº de nêutrons do 
que de prótons se 
tornam instáveis
Equilíbrio
Nêutron se 
subdivide em um 
próton, um elétron 
e um antineutrino
Átomos com maior 
nº de prótons
Equilíbrio
Próton se subdivide 
em um nêutron, um 
pósitron e um 
neutrino
O nêutron do núcleo se torna instável → nêutron de 
subdivide em próton, liberando elétron e antineutrino
PARTÍCULAS RADIOATIVAS – BETA (Β)
 Deslocamento com alta velocidade (290.000 km/s)
 Distância percorrida superior à das partículas alfa
 Podem sofrer desvios no percurso (trajetória irregular): são repelidas pelos elétrons (mesma carga) que
encontram ao longo do caminho.
 Poder de penetração maior do que a alfa (100X mais) e menor do que a gama.
 Radiação beta negativa: repele os elétrons dos átomos, ionizando-os.
 Radiação partículas beta positivas (pósitrons): atraem os elétrons e colidem (aniquilação)
PARTÍCULAS RADIOATIVAS – GAMA (Γ)
 Tipo de radiação eletromagnética que acompanha a α e a β (não é feita de partículas)
 É uma radiação eletromagnética como o Raio X com comprimento de onda diferente (menor do que a luz visível).
 Após a emissão dessas partículas, há a liberação de energia sob a forma de radiação gama para que o núcleo se
reestruture.
 Percursos longos e velocidade da luz.
 Alto poder de penetração
COMPARAÇÕES
DECAIMENTO RADIOATIVO
 Meia-vida ou tempo de semidesintegração
 Período de tempo necessário para que um número determinado de átomos de um elemento radioativo reduza pela
metade do seu valor inicial.
Hg197 Ga67 I131 Cr51
Tempo 
(dias)
2,71 3,24 8,05 27,8
Meia-vida (tempo de decaimento) de alguns elementos
Meme decaimento radioativo:
https://www.facebook.com/2866578551
70607/posts/988036368366082/?vh=e&
extid=tk0KJoolEdVgV0JU&d=n
https://www.facebook.com/286657855170607/posts/988036368366082/?vh=e&extid=tk0KJoolEdVgV0JU&d=n
RADIOATIVIDADE NATURAL
 Relacionada às famílias radioativas
 Família do Tório: primeiro elemento radioativo é o Tório e ocorrem diversos decaimentos até o isótopo de Chumbo
 Família do Urânio-Rádio: primeiro elemento é o Urânio 238 → isótopo de Chumbo
 Família do Actínio: Urânio 235 → isótopo de Chumbo
 Elementos com tendência natural a passar por eventos de decaimento e se transformarem em outros elementos
Estes outros elementos podem ser radioativos
Continuação do decaimento até espécie atômica 
estável
RADIOATIVIDADE INDUZIDA
 Ao atingir elementos naturais com partículas nucleares, estes se tornam instáveis e, assim, fontes emissoras de
radiações.
 Radioatividade → papel-chave em diversas áreas
 Radioisótopos aplicados no diagnóstico e terapêutica na área médica
 Produção: reatores nucleares
• Radioterapia superficialEstrôncio 90
• Radioterapia Césio 137
REAÇÕES NUCLEARES
 São aquelas nas quais o núcleo do átomo sofre alterações ao interagir com prótons ou nêutrons de fontes
externas (bombardeio).
Sódio (Na)
Massa atômica: 23 
u.m.a.
Número atômico: 11
Incorporação de um 
nêutron
Massa atômica: 24 
u.m.a.
Propriedades 
químicas iguais
Alteração na 
organização nuclear
Liberação de radiação Equilíbrio
REAÇÕES NUCLEARES - FISSÃO
 Bombardeamento do Urânio 235 com nêutrons = divisão do núcleo em dois fragmentos distintos e de massa atômica
menor.
 Capacidade de liberar grandes quantidades de energia
 Cada novo nêutron é capaz de gerar a ruptura de um novo núcleo → reação em cadeia
 Início da era nuclear: bombas de Urânio (Hiroshima) e Plutônio (Nagasaki) no Japão.
 Geração de reações nucleares → calor → transformação de energia elétrica ou mecânica
REAÇÕES NUCLEARES - FUSÃO
 Produção de energia a partir da união de dois núcleos leves, formando um núcleo maior
 Sol: geração de átomos de Hélio a partir de átomos de Hidrogênio → liberação de quantidades de energia
altas.
UNIDADES DE RADIOATIVIDADE
• Quantidade de desintegrações nucleares que determinada amostra de material radioativo
sofre por unidade de tempo
• Sistema Internacional de Unidades (SIU): Becquerel (Bq) – 1 Bq = uma desintegração por
segundo
Atividade
• Capacidade de ionização de determinada radiação (quantidade deíons formados em
determinada quantidade de matéria irradiada
• SIU: C/Kg (Coulombs por quilograma de ar seco)
Exposição
• Quantidade de energia realmente absorvida por um corpo sob efeito de uma radiação
• SIU: Gray (Gy) = 1 Joule absorvido por KgDose absorvida
• Maior significado biológico → Quantidade de energia contida em radiações que é
absorvida/retida no tecido e suas repercussões
• Efeito biológico/dano causado por cada tipo de radiação.
• SIU: Sievert (Sv)
Dose equivalente
INTERAÇÃO DAS RADIAÇÕES COM A MATÉRIA
 Excitação ou ionização
 Tipo de radiação e suas características básicas, como carga e massa atômica
 Excitação
 Um dos elétrons do átomo que receber energia migra de uma órbita mais interna para outra mais externa.
 Átomo neutro apresenta energia maior que a anterior → átomo excitado
 Ionização
 Remoção de um elétron de um átomo
 Radiação ionizante: fenômeno de ionização (material com que interage carregado positivamente)
 Radiação não ionizante: não provocam esse efeito, mas podem excitar os átomos com os quais entram em contato.
EFEITOS BIOLÓGICOS DAS RADIAÇÕES
ORIGEM E MECANISMO DE PRODUÇÃO DAS RADIOLESÕES
 Processos que conduzem a lesões celulares:
 1ª Fase: Física
 Energia da radiação transferida para a matéria, com geração de produtos reativos
 2ª Fase: Química
 Produto da 1ª fase reagem com moléculas vizinhas ou entre si
 3ª Fase: Biológica
 Radiolesões oriundas dos produtos das fases anteriores na fisiologia celular.
Organismo 
ou sistema 
biológico
Feixe de 
radiações
Lesões
RADIAÇÃO IONIZANTE E NÃO IONIZANTE
 Radiações ionizantes são aquelas que ao agirem sobre átomos ou moléculas, fornecem energia aos elétrons,
aumentando a reatividade das substâncias.
 Radiações não ionizantes: apenas excitam os átomos, mas também tornam o átomo mais reativo.
Desagregação molecular com produção de radicais livres → 
produção de substâncias secundárias danosas às células
MECANISMOS DIRETOS E INDIRETOS DAS RADIOLESÕES
 Radiolesões: causadas pela interação da radiação, a nível atômico ou molecular, com as células atingidas.
• Ação das radiações diretamente no DNA, RNA ou outras
biomoléculas essenciais
• Perda de funções celulares indispensáveis
Direta
• Ocorre quando a interação ocorre com a água intracelular
• Formação de radicais livres extremamente reativosIndireta
EFEITOS CELULARES DA RADIAÇÃO
 Núcleo celular sofre consequências mais danosas quando irradiado em comparação ao citosol
 Aumento da permeabilidade da membrana → liberação de enzimas e/ou ruptura da membrana
 Proteínas: rompimento da cadeia polipeptídica, quebra das pontes de hidrogênio, modificação de aminoácidos →
perda da atividade biológica
TECIDOS MAIS SENSÍVEIS À RADIAÇÃO
 Hematopoiético da medula óssea
 Tecidos dos órgãos reprodutivos
 Tecidos embrionários
São mais radiossensíveis as células 
que exibem maior atividade mitótica 
e/ou menor grau de diferenciação
Grupo Carac. Celular Divisão Diferenciação Radiossensibilidade Exemplos
I Com divisão e 
diferenciação
++++ + ++++ Células da epiderme e eritroblastos
II Divisão regular ++++ ++ +++ Mielócitos, espermatócitos
III Divisão especial ++ +++ ++ Células do rim, fígado e tireoide
IV Não se dividem - ++++ + Neurônios e células musculares
EFEITOS GENÉTICOS DAS RADIAÇÕES
Lesões nucleares
 Mutações gênicas: alterações nos nucleotídeos (bases nitrogenadas ou açúcares) de certos genes →
modificação da informação → modificação das proteínas
 Alterações cromossômicas: alterações de uma forma mais abrangente, como deleção de uma das
extremidades do cromossomo
Dose de radiação
Chance de desenvolvimento 
de neoplasias
EFEITOS RADIOATIVOS EM MOLÉCULAS DE DNA
- Deleção de bases púricas e 
pirimídicas
- Rompimento das hélices (ruptura 
simples ou dupla)
- Rompimento das pontes de 
hidrogênio
- Ligações cruzadas (cross linking) inter
e intramoleculares
EFEITO SOMÁTICO DAS RADIAÇÕES
 Imediatos e tardios
 Limite de tempo de 60 dias
 Manifestação antes de dois meses: imediata (podem ser
localizadas ou generalizadas)
 Manifestação após dois meses: tardia
EFEITOS IMEDIATOS APÓS IRRADIAÇÃO DE CORPO INTEIRO
 O tempo para que os sinais apareçam e os sintomas da gravidade vai depender da dose adquirida, tempo de exposição,
tecido e resistência do organismo.
 LD50(30): dose letal para que ocorra morte de 50% dos organismos em estudo, após um período de 30 dias.
 Cada animal possui uma LD distinta.
 Dependendo da dose:
 Sistema nervoso: falta de coordenação motora, distúrbios circulatórios,coma e morte
 Trato gastrointestinal: náuseas, vômitos e sinais de desequilíbrio hidroeletrolítico.
 Medula hematopoiética: trombocitopenia, leucopenia,eritropenia, hemorragias e supressão do sistema imunológico.
EFEITOS TARDIOS DAS RADIAÇÕES
 Carcinogênese
 Dose, tempo de exposição e órgão
 Dúvidas quanto à existência de um limiar mínimo de energia radioativa para que se desenvolva o processo neoplásico.
 Envelhecimento precoce
 Hipótese: acúmulo de lesões celulares e de DNA, ativação de mecanismos incorretos de reparo e produção de radicais
livres
 Efeitos na multiplicação celular
 Efeitos radioativos mais agravados quando a célula se encontra em mitose = radiação empregada no combate de neoplasias
RADIOPROTEÇÃO
 Locais de manuseio de radioisótopos: protetores.
 Água, concreto, chumbo e ferro
 Laboratório
 Bem arejado, com locais de entrada e saída de ar distantes e dispostos a não favorecer a recirculação do ar
 Exaustores acima dos locais de trabalho
 Mesas de trabalhos afastadas
 Revestimento das mesas não poroso
 Proteção pessoal
 Luvas de borracha, máscaras e vestimentas adequadas (aventais de chumbo)
 Eliminação dos resíduos radioativos
 Enterrados profundamente e armazenados em recipientes especiais
A BIOFÍSICA NO DIAGNÓSTICO POR IMAGEM
RADIOGRAFIA CONVENCIONAL – RAIO X
O RAIO X
 Descrito pelo físico Wilhelm Conrad Roentgen.
 Ondas eletromagnéticas como a radiação gama, mas que provêm da eletrosfera.
 A radiografia convencional é um exame utilizado pela Medicina e Odontologia.
 Consiste numa ampola de raios X que produz feixes controlados por um computador.
 Esses raios, após atravessarem o paciente, incidem em uma chapa fotográfica → imagem
 Maior contraste = imagem mais nítida
Um tubo de raio X 
apresenta um filamento 
(cátodo) que emite 
elétrons em direção ao 
alvo (ânodo)
Elétrons do cátodo se 
desprendem quando este 
recebe uma corrente 
elétrica
Eles atravessam um 
vácuo
Desaceleram quando 
incidem no ânodo
O ânodo apresenta uma 
associação com um 
dispositivo refrigerador 
que dissipa o calor
Assim, resta somente a 
radiação X que se 
espalha em todas as 
direções
A ampola possui um 
colimador ao seu redor 
que determina a região 
que deve receber a 
radiação
Os raios que atravessam 
o paciente incidem sob o 
filme fotográfico 
formando uma imagem 
invisível a olho nu
Mamografia
Áreas mais negras
• Áreas que receberam maior
quantidade de radiação
Áreas mais claras
• Estruturas mais densas e
espessas
Variação entre negro e branco = diversas densidades que variam
da densidade cálcica do osso até a densidade aérea. Entre elas se
interpõem as densidades gordurosas e hídricas.
 No raio X, o tempo de exposição deve ser bem controlado.
 Exposição curta → radiografia com todas as estruturas claras
 Superexposição → exame escurecido
Superexposição é perigosa ao paciente, pois o
submete a doses desnecessariamente
excessivas de radiação.
PRODUTOS DE CONTRASTE
 Auxiliam na obtenção de um melhor contraste na imagem.
• Contraste natural
• Insuflações cólica e gástrica
Ar
• Opacificante
• Avaliações gastrointestinais
Bário
• LinfografiasCompostos oleosos
• Opacificar as vias urinárias, vias biliares e os vasos
• Usados nas angiografias, broncoscopias e colangiografias
Compostos iodados 
hidrossolúveis
• Visualização da estruturas das mucosasDuplocontraste (ar e Bário)
TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA (TC)
 Inicialmente aplicada somente para explorações cerebrais, mas hoje é
usada em todas as regiões corporais.
 Bastante precisa, pois não está sujeita a limitações do filme
radiográfico e à subjetividade do olho humano.
 Reproduz a anatomia detalhadamente com resolução em alto
contraste.
 As imagens tomográficas são axiais – são visualizados cortes
transversais das regiões desejadas – e podem ser reformatadas em
outras projeções que variam de coronais a oblíquas e parassagitais.
 Esse exame baseia-se em um feixe colimado de raios X e em um sistema de detectores que irá avaliar a
graduação com que esses raios foram absorvidos ou dispersados pelo paciente.
 A imagem radiográfica varia de acordo com uma escala de tons entre o branco e o negro, que são
selecionados a partir de uma reconstrução matemática realizada pelo computador.
O computador calcula um determinado tom de acordo com
a densidade da estrutura atravessada pelos raios.
RAIO X TC
A ampola é similar ao raio X, mas na TC ela é capaz
de rodar em torno do paciente – processo de
“varredura” → Paciente é submetido a uma série de
exposições de 300 a 600 ângulos diferentes.
 Podem-se utilizar meios de contraste por via
endovenosa como na radiografia convencional
para enfatizar determinadas estruturas e permitir
uma melhor resolução.
Tomografia computadorizada do abdome
ULTRASSONOGRAFIA
 Princípio: reflexão de ondas sonoras de alta frequência focadas em órgãos internos.
 Pode ser usada para observação do sistema musculoesquelético, mediastino, abdome, pelve e outros.
 Princípio dessa técnica: um transdutor ultrassonográfico (um cristal vibratório eletricamente acionado) 
transmite e capta ondas sonoras de alta frequência, que são utilizadas na produção de imagens.
As imagens obtidas dependem do padrão de reflexão e refração de ondas de cada
material.
As escalas de cor variam de acordo com a distribuição espacial e temporal dos ecos
vibratórios.
 Imagem obtida em tempo real
 Transdutor vibratório oscila longitudinalmente num
ângulo de 30 graus, em contato com a pele, com a
intenção de produzir uma imagem bidimensional.
 Gel aquoso melhora o acoplamento do transdutor à pele
 A imagem formada depende do tempo em que o som
demorou em chegar ao seu destino e retornar ao
transdutor.
 Assim calcula-se a profundidade e intensidade do eco
captado pelo transdutor
Imagem ultrassonográfica é capaz de mostrar
estruturas como o interior de tumores,
coleções líquidas no interior dos órgãos e
massas sólidas.
Não utiliza radiação iônica → uso em
gestantes
EFEITO DOPPLER
 Modificação aparente da frequência das ondas sonoras na sua
reflexão de um objeto em movimento → determinação do
fluxo sanguíneo.
 Esse efeito permite a avaliação cardíaca, bem como a
velocidade e direção do fluxo sanguíneo.
CINTILOGRAFIA
 Exame baseado em técnicas de medicina nuclear.
 Fornece dados fundamentais para a constatação de um diagnóstico, para o controle da função fisiológica, ou
mesmo para prognóstico do paciente.
 Radionuclídeo é captado apenas em enfermidades específicas.
 Baseia-se na administração de um elemento radioativo (radionuclídeo) de vida breve ao paciente.
Radionuclídeo é ligado a 
uma molécula ou outro 
composto (radiofármaco)
O corpo radioativo se 
direciona ao órgão-alvo
Ao atingir o órgão-alvo, ele 
sofre desintegrações 
espontâneas, emitindo raios 
gama em todas as direções
Raios gama são detectados 
por um scanner ou por um 
detector que quantifica e 
determina a distribuição da 
radioatividade
O computador organiza as 
informações transmitidas e 
realiza uma cartografia
Sem fixação do radiofármaco em
determinadas regiões → formação
de uma lacuna cintilográfica (zona
fria).
Hiperfixação → zona quente
PET SCAN
TOMOGRAFIA POR EMISSÃO DE PÓSITRONS
 Modalidade de diagnóstico por imagem que permite o mapeamento de diferentes substâncias químicas no 
organismo, dentre elas o FDG como traçador mais utilizado e único disponível no Brasil, sendo o Flúor-18 o 
elemento radioativo e a glicose o composto químico.
 O FDG é injetado no paciente e, após um período de captação, são realizadas as imagens.
 O PETScan capta os sinais de radiação emitidos pelo Flúor-18 transformando-os em imagens e determinando 
assim os locais onde há presença desse açúcar, demonstrando o metabolismo da glicose.
 Lembre-se de que a maioria das células tumorais apresenta utilização acentuada de glicose como fonte de energia em comparação 
com as células normais.
2-[F18]-fluoro-2-
deoxiglicose (FDG)
Flúor-18 (elemento 
radioativo)
Glicose (composto 
químico)
 A imagem da PET é formada pela localização da emissão de pósitrons pelos radionuclídeos fixados nos
órgãos do paciente.
 Detectores de raios gama são colocados ao redor do paciente e um computador efetua cálculos
reconstruindo os locais de emissão dos pósitrons a partir das energias e direções de cada par de raios gama,
gerando imagens tridimensionais.
 Equipamentos de última geração:TC acoplada ao PETScan
 Definição do metabolismo celular e a delimitação da anatomia.
Vantagem: mensuração do metabolismo das lesões que demonstram a
presença de alterações funcionais antes mesmo que a anatomia seja
afetada → diagnóstico precoce de doenças tumorais.
REFERÊNCIAS
 OLIVEIRA, J. R. (org). Biofísica para ciências biomédicas. 4 ed. Porto Alegre: EDIPUCRS, 2016.
 WEISSMÜLLER, G. Biofísica – vol. 1. Rio de Janeiro: Fundação CECIERJ, 2009.
PROFª DRª THAÍS DALZOCHIO